¿Cómo funciona una bomba de calor?

Cuando piensas en enfriar un edificio caliente, probablemente no piensas en bombas de calor. De hecho, probablemente estés pensando en utilizar un aire acondicionado . Resulta que una bomba de calor puede calentar y enfriar un edificio, pero ¿ cómo funciona?

En pocas palabras, una bomba de calor es un dispositivo que utiliza una pequeña cantidad de energía para mover calor de un lugar a otro. No es demasiado difícil, ¿verdad? Las bombas de calor se utilizan normalmente para extraer calor del aire o del suelo para calentar una casa o un edificio de oficinas, pero se pueden invertir para enfriar un edificio.

En cierto modo, si sabes cómo funciona un aire acondicionado, entonces ya sabes mucho sobre cómo funciona una bomba de calor. Esto se debe a que las bombas de calor y los aires acondicionados funcionan de manera muy similar .

Una de las mayores ventajas de una bomba de calor sobre una unidad estándar de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) es que no es necesario instalar sistemas separados para calentar y enfriar su hogar. Las bombas de calor también funcionan de manera extremadamente eficiente, porque simplemente transfieren calor en lugar de quemar combustible para crearlo. Esto los hace un poco más ecológicos que un horno de gas .

Y no sólo calientan y enfrían edificios. Funcionan mejor en climas moderados , por lo que si no experimenta calor y frío extremos en su zona de peligro, el uso de una bomba de calor podría ayudarlo a ahorrar un poco de dinero cada mes.

Continúe leyendo para comprender más sobre cómo funciona uno de los tipos más comunes de bombas de calor.

Contenido

1. Transferencia de calor y bombas de calor de fuente de aire
2. Bombas de calor de fuente terrestre y de absorción
3. Otros tipos de bombas de calor
4. Pros y contras de las bombas de calor
5. Compra de bombas de calor
6. Qué buscar en una bomba de calor
7. ¿Las bombas de calor le ahorran dinero?
8. Mantenimiento de la bomba de calor

Transferencia de calor y bombas de calor de fuente de aire

Hay muchos tipos de bombas de calor, pero todas funcionan según el mismo principio básico: la transferencia de calor. Esto significa que en lugar de quemar combustible para generar calor, el dispositivo mueve el calor de un lugar a otro. Hay una clave para que todo esto suceda. Según la termodinámica , el calor fluye naturalmente desde áreas de alta temperatura hacia aquellas con temperaturas más bajas.

Lo que hace una bomba de calor es utilizar una pequeña cantidad de energía para invertir ese proceso, extrayendo así calor de un área de temperatura relativamente baja y bombeándolo a un área de temperatura más alta. Entonces, el calor se transfiere desde una fuente de calor (como el suelo o el aire) a un disipador de calor (como su hogar).

Uno de los tipos más comunes de bombas de calor es la bomba de calor de aire . Estos toman el calor del aire exterior de su casa y lo bombean hacia el interior a través de serpentines llenos de refrigerante, no muy diferentes de los que se encuentran en la parte posterior de su refrigerador. La variedad de fuentes de aire es bastante básica y encontrarás dos ventiladores, los serpentines del refrigerador , una válvula de inversión y un compresor en el interior para que funcione.

La clave para permitir que la bomba de calor de aire también enfríe es la válvula de inversión. Esta pieza versátil cambia el flujo del refrigerante para que el sistema pueda funcionar en la dirección opuesta. Entonces, en lugar de bombear calor dentro de su casa, la bomba de calor lo libera, tal como lo hace su aire acondicionado. Cuando se invierte el refrigerante, absorbe calor en el lado interior de la unidad y fluye hacia el exterior. Es aquí donde se libera el calor, lo que permite que el refrigerante se enfríe nuevamente y fluya nuevamente hacia el interior para captar más calor. Este proceso se repite hasta que estés agradable y fresco.

Bombas de calor de fuente terrestre y de absorción

A estas alturas, ya habrá aprendido que las bombas de calor de fuente de aire utilizan un ventilador exterior para llevar aire a través de serpentines llenos de refrigerante. Dos juegos de estas bobinas transfieren este calor al interior, donde luego un segundo ventilador lo expulsa de las bobinas y lo distribuye por toda la casa como un producto fresco. Algunos sistemas de bomba de calor con fuente de aire constan de una única unidad empaquetada que contiene ambos juegos de serpentines en una sola caja. Luego, esta caja se instala en el techo de un edificio con los conductos extendidos a través de la pared. Muchos sistemas grandes para edificios comerciales se instalan de esta manera.

Las bombas de calor domésticas suelen ser sistemas divididos con un componente exterior y otro interior instalados a través de la pared. Dependiendo del tipo de sistema, puede tener uno o más componentes interiores para distribuir el calor.

Las bombas de calor geotérmicas (también conocidas como bombas de calor geotérmicas ) son un poco diferentes. Absorben el calor del suelo o de una masa de agua subterránea y lo transfieren al interior, o viceversa. El tipo más común de bomba de calor geotérmica transfiere calor directamente desde el suelo absorbiéndolo a través de tuberías enterradas llenas de agua o refrigerante.

Estas tuberías de bombeo de líquido pueden ser sistemas de circuito cerrado o de circuito abierto, y funcionan prácticamente exactamente como suenan. En un sistema de circuito cerrado, el mismo refrigerante o agua circula por las tuberías repetidamente. En un sistema de circuito abierto, el agua se bombea desde una fuente de agua subterránea, como un pozo o un lago artificial. De allí se extrae el calor del agua y esa agua regresa al pozo o lago de superficie. Luego se bombea más agua del pozo para extraer más calor en un circuito abierto continuo.

Si eso no es suficiente para dejarte boquiabierto, considera la bomba de calor de absorción : bombas de aire que funcionan con gas natural, energía solar , propano o agua calentada geotérmica en lugar de electricidad . Las bombas de absorción se pueden utilizar para aplicaciones a gran escala, pero ahora están disponibles para los hogares.

La principal diferencia entre una bomba de calor de aire estándar y una bomba de absorción es que, en lugar de comprimir un refrigerante, una bomba de absorción absorbe amoníaco en agua y luego una bomba de baja potencia lo presuriza. Luego, la fuente de calor hierve el amoníaco del agua y el proceso comienza de nuevo.

Cuando vas a comprobar una bomba de calor de absorción, es útil saber su clasificación. Los fabricantes los clasifican utilizando una medida llamada coeficiente de rendimiento (COP), que suena bastante complicado. Pero todo lo que necesita saber es buscar un COP superior a 1,2 para calefacción y superior a 0,7 para refrigeración. Y no se preocupe, analizaremos las clasificaciones de las bombas de calor estándar un poco más adelante.

Las bombas de calor de fuente de aire, de fuente terrestre y de absorción son los tipos más comunes de bombas de calor, pero no funcionarán en todas las situaciones. Siga leyendo para conocer otros tipos de bombas de calor.

Otros tipos de bombas de calor

Si tu casa no dispone de conductos de aire para distribuir el calor, no temas. Potencialmente, podría utilizar un tipo especial de bomba de calor llamada bomba de calor mini-split . Conecta una unidad de fuente de aire exterior a varias unidades interiores. Estas unidades interiores se conectan a calentadores de agua o calentadores de espacio. Estos sistemas mini-split sin ductos son útiles para modernizar una casa con un sistema de bomba de calor porque sus ubicaciones dentro y fuera de la casa son flexibles.

Otra ventaja es que la instalación solo requiere un conducto de 7,6 centímetros (3 pulgadas) que atraviese la pared, lo cual es bastante discreto. También son versátiles. Los manejadores de aire interior se pueden instalar en paredes, techos o en el piso y, además, son pequeños. Sin embargo, una desventaja es que la instalación también debe ocupar algo de espacio interior para funcionar. Tampoco mueven tanto aire como las bombas de calor más grandes, por lo que pueden ser mejores para espacios comerciales y de vivienda pequeños.

Si bien la mayoría de las bombas de calor dependen del aire, el diseño del enfriador de ciclo inverso (RCC) bombea agua, lo que le permite funcionar de manera más eficiente en temperaturas frías. En un sistema RCC, la bomba de calor se conecta a un tanque de agua aislado que calienta o enfría. Luego, un sistema de ventilador y serpentín bombea aire calentado o enfriado fuera del tanque y a través de los conductos hacia una o más zonas de calentamiento.

Un sistema RCC también puede bombear agua caliente a través de un sistema de calefacción por suelo radiante , lo que puede resultar maravilloso en climas fríos en un frío día de invierno. Entonces, cuando esos pies descalzos se sientan cómodos sobre un piso de baldosas calentito este invierno, puede agradecer a las bombas de calor de clima frío.

En una bomba de calor de fuente de aire típica, existe la necesidad de un quemador de respaldo para suministrar calor temporal cuando el sistema cambia a marcha atrás para descongelar los serpentines. Este quemador de respaldo evita que el sistema sople aire frío a través de las rejillas mientras las bobinas se descongelan, lo cual es clave si su objetivo es mantenerse caliente.

Algunos podrían decir que el sistema RCC es superior porque utiliza el agua caliente del tanque para descongelar los serpentines, por lo que no se necesita ningún quemador de respaldo. Esto también significa que el sistema nunca sopla aire frío cuando no debería. El resultado es que te mantendrás agradable y abrigado.

Una incorporación más reciente es la bomba de calor para climas fríos , llamada así porque puede manejar eficientemente climas más fríos que la mayoría de los otros diseños, incluso por debajo de 0 grados Fahrenheit (-18 grados Celsius). La bomba de calor para climas fríos detecta la cantidad mínima de energía necesaria para proporcionar el nivel deseado de calefacción o refrigeración y ajusta su producción hacia arriba o hacia abajo, para que nunca desperdicie energía.

Incluso las bombas de calor especiales tienen limitaciones. Continúe leyendo para conocer los pros y los contras de las bombas de calor y lo que necesita saber antes de comprar una.

Pros y contras de las bombas de calor

Las bombas de calor pueden ayudar a los consumidores a ahorrar en servicios públicos, pero tienen limitaciones. En primer lugar, tienden a ser algo ineficaces en climas fríos donde la temperatura del aire exterior cae cerca o por debajo del punto de congelación de forma regular, aunque los innovadores están trabajando para mejorar esto. Esto se debe a que mover calor de un área muy fría a otra más caliente requiere más energía que mover calor entre dos áreas con una diferencia de temperatura más moderada.

También hay más calor disponible afuera en un clima moderado que en un clima frío. Es importante tener en cuenta que incluso en un clima frío, todavía hay calor en el aire exterior para bombearlo al interior, pero la unidad necesita trabajar más para extraer el calor disponible. Es posible que se requiera energía suplementaria para que la bomba de calor produzca suficiente calor para calentar cómodamente su hogar cuando la temperatura desciende por debajo del punto de congelación.

El calor producido por las bombas de calor no es tan intenso como el calor producido por una caldera de gas o petróleo . Las personas que están acostumbradas a los hornos tradicionales pueden sentirse incómodas con el calor más suave producido por estos sistemas. Otras personas prefieren el calor producido por las bombas de calor, porque las bombas de calor distribuyen el calor de manera uniforme por toda la casa, lo que significa que no hay puntos fríos.

Una bomba de calor también se enciende y apaga con menos frecuencia que una caldera de gas, y la mayoría de los sistemas han eliminado el soplado de aire frío a través de las rejillas de ventilación que solía ocurrir cuando el sistema cambiaba temporalmente a reversa para descongelar las bobinas.

Ahora que conoce los pros y los contras de las bombas de calor, siga leyendo para saber qué buscar al comprar una bomba de calor.

Compra de bombas de calor

Antes de instalar una bomba de calor, deberá considerar qué tipo de calefacción suplementaria o de respaldo necesitará usar cuando la bomba de calor no pueda funcionar de manera eficiente. Muchas bombas de calor utilizan calefacción eléctrica suplementaria, pero también puedes utilizar un quemador de gasóleo o una caldera de gas adaptada.

Cualquiera que sea el tipo de sistema de calefacción común en su área, probablemente sea el método de respaldo más eficiente y rentable. Siempre puede llamar a su empresa de servicios públicos local para obtener información antes de instalar la bomba de calor.

Las bombas de calor geotérmicas son mejores deshumidificadores que los acondicionadores de aire normales porque estos sistemas suelen tener serpentines de retorno planos más grandes que acondicionan y deshumidifican más aire que el serpentín correspondiente en un sistema de aire acondicionado. Las bombas de calor de aire tienen aproximadamente las mismas capacidades de deshumidificación que los sistemas de aire acondicionado. Si tiene alguna necesidad de humidificación o deshumidificación, téngalo en cuenta.

Qué buscar en una bomba de calor

Cuando empiece a comprar una bomba de calor, hay algunas cosas que debe considerar. Primero, los fabricantes califican la eficiencia de la mayoría de las bombas de calor de dos maneras: calificaciones SEER y HSPF . Las calificaciones SEER y HSPF más altas indican una unidad más eficiente.

• SEER significa clasificación de eficiencia energética estacional y es una relación entre la cantidad de energía (medida en BTU) que se bombea al exterior en modo de refrigeración dividida por la electricidad utilizada (en vatios) para la refrigeración. Busque una calificación SEER entre 14 y 18.
• HSPF significa factor de rendimiento estacional de calefacción. Calcula la relación entre la energía bombeada al interior para calefacción y la energía utilizada para calefacción, pero es una ecuación más complicada que la clasificación SEER porque también tiene en cuenta las necesidades de calefacción suplementarias y la energía utilizada para descongelar la unidad. Busque una calificación HSPF entre ocho y 10.

Las bombas de calor suelen incluir opciones que las hacen más eficientes. Éstas incluyen:

• Un serpentín atemperador que calienta agua reciclando el calor residual (o en un sistema RCC, un recuperador de calor de refrigerante que también utiliza la capacidad adicional de la bomba para calentar agua durante el clima invernal templado).
• Compresores y motores de modo dual que ahorran energía ajustándose hacia arriba o hacia abajo según el nivel de calefacción o refrigeración necesario.
• Compresores scroll que son más silenciosos, más eficientes y duran más que los compresores tradicionales.

Aunque muchas de estas características sólo se pueden encontrar en bombas de calor más caras, compensan el gasto inicial al ayudar a que las bombas de calor funcionen de manera más eficiente y ahorren más energía durante toda su vida útil.

Ahora ya sabes cómo comprar una bomba de calor, pero ¿realmente te permitirá ahorrar dinero?

¿Las bombas de calor le ahorran dinero?

El costo de instalar y hacer funcionar diferentes tipos de bombas de calor varía bastante. Las bombas de calor de fuente terrestre son más costosas de instalar que las bombas de calor de fuente de aire porque las bombas de fuente terrestre requieren que usted excave hasta una fuente de calor e involucran sistemas de transferencia de calor más complejos. Eso puede resultar un poco caro dependiendo del terreno de su propiedad. Sin embargo, la eficiencia adicional de una bomba terrestre puede ahorrar dinero en costos de energía en el futuro.

Hay créditos fiscales para el control climático de alta eficiencia disponibles en muchas regiones de los Estados Unidos, que pueden cubrir parcialmente el costo de las piezas y la instalación.

El costo requerido para operar y reparar una bomba de calor varía según el tipo de sistema. Es menos costoso hacer funcionar una bomba de calor geotérmica porque el suelo y el agua tienen una temperatura relativamente constante que permite que la bomba de calor funcione de manera eficiente. Los sistemas de fuente terrestre también tienen la ventaja de no estar expuestos a la intemperie , lo que evita mucho desgaste. El inconveniente es que su reparación puede resultar costosa si es necesario acceder a una parte subterránea del sistema.

Los sistemas de fuente de aire son de fácil acceso y mantenimiento, pero es posible que necesiten un mantenimiento más regular porque están expuestos a los elementos. Además, las bombas de calor de aire pueden utilizar más energía suplementaria para funcionar, especialmente en climas más fríos, y esto le costará más en su factura de servicios públicos.

Las bombas de calor pueden ahorrarle un 40 por ciento en sus facturas de servicios públicos, pero el descuido reducirá la eficiencia de una bomba de calor con el tiempo. Es importante tener en cuenta el clima en el que utilizará la bomba de calor para asegurarse de seleccionar un sistema que pueda funcionar de manera eficiente en su área. Al final, las bombas de calor pueden ahorrarle mucho dinero en servicios públicos si es un buen candidato e instala el tipo de bomba adecuado para su área.

Continúe leyendo para conocer el costo de funcionamiento y reparación de su nueva bomba de calor.

Mantenimiento de la bomba de calor

Si utiliza su bomba de calor con regularidad, debe cambiar el filtro aproximadamente una vez al mes. Probablemente podría salirse con la suya cambiando el filtro sólo una vez cada tres meses si sólo hace funcionar la unidad periódicamente. Mantenga los ventiladores y los serpentines limpios y libres de residuos, y haga que un profesional inspeccione su bomba de calor dos veces al año: una vez antes de la temporada de calefacción y otra antes de la temporada de refrigeración.

Los problemas comunes con las bombas de calor incluyen flujo de aire bajo, conductos ruidosos o con fugas, problemas de temperatura, uso de una carga de refrigerante incorrecta, traqueteos, chirridos y chirridos. Si puede, intente aislar la ubicación del problema. ¿El flujo de aire que sale solo es bajo de un registro o todos los registros tienen un flujo de aire bajo? ¿El ruido molesto proviene de los conductos de aire o de la propia unidad de bomba de calor?

Hay algunas cosas que puede hacer para identificar y posiblemente solucionar un problema de la bomba de calor antes de pedir ayuda profesional. Primero, si la unidad no funciona, intente restablecer su motor. Verifique que el sistema de encendido de la bomba no tenga problemas y asegúrese de que no se haya disparado ningún disyuntor ni se haya fundido un fusible. Verifique el termostato para asegurarse de que esté funcionando correctamente. Cambie el filtro si está sucio y asegúrese de que no haya obstrucciones en el flujo de aire.

Si los conductos de aire hacen ruido cuando se expanden y contraen, considere instalar almohadillas de goma alrededor de ellos para mayor aislamiento acústico. Los cascabeles se pueden solucionar sujetando piezas sueltas y, si escucha chirridos dentro de la unidad, es posible que deba reemplazar o ajustar la correa del ventilador que conecta el motor y el ventilador. Un chirrido puede indicar que los cojinetes del motor están desgastados, lo que requerirá la ayuda de un profesional.

Tenga en cuenta que si no tiene inclinaciones mecánicas, probablemente no debería intentar realizar este tipo de trabajo de reparación. Y como las bombas de calor pueden contener materiales peligrosos, esa es otra buena razón para buscar asistencia profesional. Una fuga de productos químicos es una mala noticia y puedes lesionarte fácilmente al manipular un dispositivo roto.

Una bomba de calor debería durar entre 10 y 25 años . La inspección y el mantenimiento periódicos son el factor más importante para la longevidad de la bomba. Aquellos en climas más moderados también tenderán a durar más. Tenga en cuenta que la tecnología puede cambiar antes de que su bomba de calor se desgaste, por lo que es posible que su bomba de calor dure más que la capacidad de un técnico para repararla. Las nuevas tecnologías pueden hacer que las bombas de calor sean más seguras o más eficientes, por lo que es posible que desee estar atento a nuevos tipos de bombas de calor.

Preguntas frecuentes sobre bombas de calor

¿Cómo funciona una bomba de calor en invierno?

Una bomba de calor absorbe el calor del aire exterior y lo sopla al interior para calentar su hogar. Son mucho menos costosos de mantener que un horno de gas porque utilizan una cantidad muy pequeña de electricidad.

¿Una bomba de calor enfría tan bien como un aire acondicionado?

Las bombas de calor pueden calentar Y enfriar el aire, a diferencia de los aires acondicionados. Incluso cuando se trata de enfriar la casa, las bombas de calor son más eficientes que los aires acondicionados.

¿A qué temperatura no es efectiva una bomba de calor?

Aunque normalmente las bombas de calor son más eficientes que el aire acondicionado, no pueden mantener su eficiencia entre 25 y 40 grados Fahrenheit. Las bombas de calor son mucho mejores para temperaturas superiores a 40 grados. Cualquier valor inferior comenzará a utilizar más energía, lo que hará que los hornos sean más eficientes en ese punto.

¿Cómo se reinicia la bomba de calor?

Para restablecer su bomba de calor, primero apague el termostato y la bomba. Apague los disyuntores asociados y deje que el refrigerante se asiente. Puedes limpiar los filtros o conductos mientras esperas. Luego, vuelva a encender el sistema en orden inverso.

¿Cuál es la esperanza de vida media de una bomba de calor?

En promedio, las bombas de calor duran entre 10 y 25 años, dependiendo de su uso y mantenimiento.

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